农田水利节水灌溉工程设计探讨

程 琳

（甘肃省庄浪县水务局，甘肃 庄浪 744600）

农田水利节水灌溉工程设计涉及多种先进技术，能与多样化的农艺措施进行配套。节水灌溉工程已成为我国农田水利工程建设的关键，许多地区都加大对提高农用水泵利用率的研究，以求在提高土地利用效率的同时，尽可能达到节约农业灌溉用水的目的。

1 农田水利节水灌溉工程的设计原则

水利工程作为我国基础设施的重要组成部分，具有防洪、排涝、灌溉、航运、旅游等多重作用，对国民经济发展作出了巨大贡献。确保农田水利节水灌溉工程的设计质量，对扩大灌溉面积、提高农作物产量及水资源利用率、促进农业经济发展具有重要意义。农田水利节水灌溉工程设计应秉承科学的设计原则，确保设计的先进性和合理性

1.1 因地制宜原则

我国幅员辽阔，设计农田水利节水灌溉工程时应充分考虑各地区的实际情况，合理利用地形优势，将灌溉渠道设置在高地势区域，合理设置排水沟，避免对住房和农田造成影响[1]。

1.2 安全性原则

设计农田水利节水灌溉工程时，需考虑灌溉工程在未来使用过程中是否会因当地地形条件变化（河水漫涨、山地滑坡等）而受到损害，尽量将农田水利节水灌溉工程建设在安全区域，同时要配套完善的防洪加固措施，确保农田水利节水灌溉工程的使用安全。

1.3 经济性原则

进行农田水利节水灌溉工程选址时，尽量避开施工难度大的区域，同时尽量联通水塘、水库等自然水体，在节省施工成本的同时提高水资源利用率，提高农田水利节水灌溉工程的经济性。

2 农田水利节水灌溉工程设计要点

2.1 渠道防渗漏设计

渠道渗漏是农业生产用水量大的主要原因之一，很多农村地区使用的灌溉渠道年久失修，输水能力逐年衰减，不仅难以有效发挥灌溉工程的作用，还易造成不必要的水资源浪费[2]。因此，设计人员应着重关注农田水利工程的防渗漏问题，可使用混凝土材料、水泥管等提高灌溉渠道的防渗效果，避免水资源流失。混凝土、水泥管等材料成本低廉、施工难度小，具有广泛的推广应用价值，能满足农田水利节水灌溉工程的设计原则。

2.2 渠道防溢设计

当前部分农村使用的灌溉工程在设计时未能科学计算渠道输水设计流量，导致输水过程中因溢水而造成了不必要的水资源浪费[3]。农田水利节水灌溉工程的设计流量可通过式（1）计算。

式（1）中，Q设表示灌溉渠道设计流量，m3/h；m表示设计灌水定额，m3/hm2；α表示灌溉控制区域中农作物占比，假设选值为100%；η表示灌溉水系数值，假设选值为0.85；t表示单日灌溉时间，以季度灌溉时间为12 h为例；A表示灌溉控制面积，hm2；T表示单次灌溉总天数，假设选值为7。则应用该公式计算出的农田水利节水灌溉渠道设计流量为32 m3/h。

2.3 管道材质和管径设计

管道输水方式直接影响着农田水利灌溉工程的节水效果，选用材质和管径合适的输水管道，能在避免水资源浪费的情况下最大限度地提高灌溉效率[4]。当前应用于农田水利灌溉工程中的管材主要有PVC管、PE管、玻璃钢管等多种类型，其中PVC管管件接头强度较好，连接施工效率高；PE管接头强度最好，但需要采用焊接方式进行管件连接，施工过程中成本投入较高；玻璃钢管施工速度快，但经济性较差。设计人员应根据农田水利节水灌溉工程的设计需求和施工条件选择合适的输水管道材质。输水管道管径可通过式（2）计算[5]。

式（2）中，Q表示输水管道设计流量，m3/h；d表示输水管道内径，mm；V表示经济流速值，m/s。

2.4 微喷灌溉设计

微喷灌溉技术通过折射式、旋转式或成辐射式微型喷头进行区域农作物灌溉，以小流量水流改善区域内土壤和空气湿度，为农作物提供良好的生长环境，还能对区域气候进行调节，有效提高水资源利用率。

3 农田水利节水灌溉工程设计工作的实施

3.1 全面收集相关资料信息

农田水利节水灌溉工程设计需要全面的工程概况数据支撑，设计前应对工程所在地区的水文地质条件、水源水量、农业发展规划及水文气象资料等进行采集[6]。此外，还要对当地农户的实际用水需求和灌溉管理方式进行充分了解，确保设计的农田水利节水灌溉工程既能与当地水文地质条件相匹配，又能为当地农业发展做贡献。

3.2 制定灌溉制度

为了保障农作物产量，需确保农作物生长周期内能获得必要的水分。超量灌溉会造成植物叶片发黄、根部腐烂，甚至死亡，还可能造成地下水位上涨；干旱缺水会影响植物的光合作用，导致农作物产量降低。因此，要制定科学的灌溉制度，明确农作物生长过程中的灌溉次数、灌溉间隔、灌溉定额（指单位面积内单次灌溉的用水量）。制定科学的农田水利灌溉制度，既能充分保障农作物在整个生长周期内得到充足的水分滋养，还能避免水资源浪费和对环境造成的影响[7]。

3.3 严格监督设计过程

农田水利节水灌溉工程设计方案的科学性直接影响着工程建设的质量和使用性能[8]，应立足于农田水利节水灌溉工程的使用需求和性能需求，确保农业种植过程中能得到足量的灌溉用水，同时最大限度地避免水资源浪费。完成初步设计的方案要由专家团队进行校审，对工程设计图纸中的设计参数、建设工艺、工程结构等进行反复核验，保证设计方案的可行性。例如：设计人员在确定农田水利节水灌溉工程的引水量时，应结合当地农业生产的实际需求、当地农作物的种植种类及农作物的种植需求等确定横断面，并根据计算结果对工程设计方案进行完善[9-10]。

4 庄浪县农田水利节水灌溉工程概况

庄浪县隶属甘肃省平凉市，位于甘肃省中东部，总面积1553.14 km2，共有18个乡（镇）、1个城市社区、293个行政村，常住人口约33.6万。气候属大陆性季风气候，县境内南北气温差异大。年降水分布不均，主要集中在7—9月，冬春少雨，汛期易频繁发生暴雨洪水，另有季节性干旱表现。水资源主要分布在庄浪河、葫芦河干流区间及南洛河和北洛河区间。2000年庄浪县开始建设水泉湾节水灌溉工程，并逐渐引进固定式喷灌、半固定式滴管和低压管道输水灌溉等先进的灌溉技术，先后建成了高川、三合坪、三万坪等高效节水灌溉工程。但由于当地常年干旱少雨，河流经流量减少，地下水位下降，加之后期运维资金不到位，上述工程在2009年后相继停用。近年来，国家的大力扶持为地区节水灌溉工程发展提供了充足的资金及技术、管理等方面的支持，庄浪县农田水利节水灌溉工程进入了新的发展阶段[11-13]。

5 滴灌工程设计在庄浪县的实践应用

5.1 结合庄浪县的实际情况进行设计

庄浪县滴灌工程的实际面积约为2.667 hm2，水源为井水，施工过程中利用18眼机井控制实际用水量，单井的最大出水量为55 m3/h，动水位设计为35 m。同时建造了40座大棚进行蔬菜种植，大棚中植物株行距均为0.4 m，大棚宽约9 m、长约90 m。采用固定式滴灌系统。

5.2 提高管网设计的科学性

庄浪县农田水利节水灌溉工程的管网结构包括过滤器、出地竖管、毛管、支管、潜水泵等。设计过程中将支管、毛管等设计为鱼骨形结构，并将其均匀地埋设在地下0.8 m深的地方，确保干管与支管垂直、毛管与支管垂直。毛管中应安装专用的滴灌器管道，以确保毛管可顺利地通过支管进行取水，同时通过滴灌器将水资源均匀地输送到农作物根部[14-15]。设计过程中设计单位首先要明确毛管的直径及铺设长度的最大值，庄浪县在农田水利节水灌溉工程毛管设计工作中，首先将滴管器的类型加以确定，并对滴管器的布置间距及相应的流量进行综合性计算，选择抗老化能力较强、实际密度较低、直径相对较小且统一的聚乙烯毛管。毛管的实际长度均设计为45 m，所有滴头的间距均设计为0.5 m，共设置了102个滴头，同时每个滴头的流量都被控制为2.5 L/h，即每个毛管的设计流量均为255 L/h。最终安装了实际电机功率为5.5 kW的潜水泵。

5.3 及时有效的现场服务

庄浪县完成农田水利灌溉工程设计方案的校审和验证后进入施工阶段，设计人员与施工团队有效配合，充分发挥自身的技术应用与管理价值，为施工提供必要的现场服务和技术指导，确保实际施工质量与设计方案保持一致，进而确保了农田水利节水灌溉工程的建设质量。